이창영(오른쪽) 울산과학기술원(UNIST) 교수와 민혜기 연구원이 나노포어 멤브레인에 관해 협의하고 있다. /사진제공=UNIST울산과학기술원(UNIST·총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 이창영 교수팀이 ‘탄소나노튜브의 내부 채널을 이용한 나노포어 분석법’으로 이온 하나를 탐지하는 실험에 성공했다고 10일 밝혔다.
탄소나노튜브 지름에 따라 다양한 크기의 분자와 나노입자를 탐지함으로써 DNA 등 생체 분자 분석기술에 기여할 것으로 전망된다.
나노포어는 수 나노미터(㎚·1㎚는 10억분의1m) 크기의 미세한 구멍을 뜻한다. 이 구멍이 가득한 얇은 막(멤브레인)을 만들고 여기에 분자를 통과시키면서 전기를 흘리면 그 정체를 파악할 수 있다. 분자가 통과하면서 구멍 크기가 줄어드는 ‘막힘 현상’이 나타나 전기신호가 달라지는데 이를 분석하면 분자의 크기와 종류를 알 수 있다. 기존에도 이런 나노포어 기반 탐지 기술은 있었지만 나노포어로 이뤄진 박막, 즉 멤브레인을 양산하기 어려워 널리 쓰이지 못했다. 이 교수는 “이 기술을 잘 응용하면 차세대 인간 유전체 해독기 개발에도 핵심적인 역할을 할 것”이라고 밝혔다.
이 교수팀은 탄소나노튜브를 이용해 생산성과 재현성이 높은 멤브레인을 만드는 데 성공했다. 우선 원하는 크기의 구멍을 가진 탄소나노튜브를 센티미터(㎝) 수준으로 길게 만든다. 여러 개의 탄소나노튜브를 열경화성 플라스틱인 ‘에폭시’ 위에 가로 방향으로 가지런히 올려서 굳힌다. 이렇게 만들어진 에폭시 덩어리를 세로로 얇게 잘라내면 동일한 나노포어를 가지는 탄소나노튜브 멤브레인을 수백 개씩 만들 수 있다. 제작된 멤브레인을 유리관 끝에 부착한 다음 분석할 용액에 담가 전압을 가하면 간단하게 시료를 분석할 수 있다.
연구팀은 탄소나노튜브로 만들어진 나노포어 채널에 반복적인 전기적 자극을 더해 탐지 효율을 기존 방식보다 세 배 이상인 33%까지 끌어 올렸다. 제1저자로 연구에 참여한 민혜기 UNIST 화학공학과 석·박사통합과정 연구원은 “다양한 시료를 손쉽게 분석할 수 있는 장점이 있어 데이터베이스를 수집하면 단분자 질량분석 기술과 같은 응용 연구가 가능할 것”이라고 기대했다. /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com
